JP2017061808A - 耐震壁構造 - Google Patents

Abstract

【課題】断面直交方向に作用する力に抵抗するＵ形部材とすることで、Ｕ形部材の構面内変形による地震時のエネルギー吸収性能を安定して確保できる耐震壁構造を提供する。【解決手段】本発明を適用した耐震壁構造１は、耐震デバイスが構面内に設けられるものであり、横枠８１及び縦枠８２を組み合わせた枠体８と、枠体８の内部８０に設けられて耐震デバイスとなるＵ形部材２と、Ｕ形部材２が枠体８の内部８０で支持される支持材３とを備える。Ｕ形部材２は、断面方向で略Ｕ形状に形成されて、湾曲部と、湾曲部の両端部から連続して延びる一対の中間部と、一対の中間部の端部から連続して延びる一対の固定部とを有して、断面直交方向に作用する力に抵抗するものとして、支持材３に取り付けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、耐震デバイスが構面内に設けられる耐震壁構造に関する。

従来から、しっかりとした初期剛性を発揮しながら、地震時にはエネルギー吸収による制震作用を簡素な構造で効果的に実現するものとして、例えば、特許文献１に開示される建物制震構造が提案されている。

特許文献１に開示された建物制震構造は、左拘束部と右拘束部との間に配置されたＵ字形弾塑性ダンパーが、Ｕ字状湾曲部を上又は下に位置させた姿勢状態で、左側対向辺部が左拘束部に沿って連結されるとともに、右側対向辺部が右拘束部に沿って連結される。

特許文献１に開示された建物制震構造は、地震時に上階と下階とが互いに相対変位する層間変位によって、Ｕ字形弾塑性ダンパーが、左右の拘束部の両拘束面により左右の対向辺部の左右方向への変形が拘束されたまま、Ｕ字状湾曲部の位置を移動させていく弾塑性変形をすることで、地震時にエネルギー吸収できるものとなっている。

特開２００９−２７０３３６号公報

ここで、特許文献１に開示された建物制震構造は、上枠、下枠及び左右の側枠が方形状に組まれたパネルフレームの構面内においてのみ、Ｕ字形弾塑性ダンパーのＵ字状湾曲部の位置を移動させていくものとなる。このため、特許文献１に開示された建物制震構造は、Ｕ字形弾塑性ダンパーのＵ字状の断面方向においてのみ、Ｕ字形弾塑性ダンパーの変形が考慮されて、Ｕ字形弾塑性ダンパーの断面直交方向の変形が考慮されていない。

特許文献１に開示された建物制震構造は、Ｕ字形弾塑性ダンパーの断面直交方向の変形が考慮されていないため、地震時に断面直交方向に作用する力に抵抗するものとなっていない。そして、特許文献１に開示された建物制震構造は、特に、Ｕ字形弾塑性ダンパーの断面直交方向の幅寸法が、断面方向の板厚寸法との関係で十分に確保されないおそれがあり、断面直交方向に作用する力に十分に抵抗できないという問題点があった。

また、特許文献１に開示された建物制震構造は、Ｕ字形弾塑性ダンパーが、左右の対向辺部の全長に亘って、左右の拘束部の両拘束面により左右方向への変形が拘束されるため、弾塑性変形によりＵ字形弾塑性ダンパーの耐力上昇が増大する傾向にある。このとき、特許文献１に開示された建物制震構造は、Ｕ字形弾塑性ダンパーの耐力上昇が想定以上に過大となることで、拘束部からパネルフレームに至るまでの損傷発生も懸念される。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであって、その目的とするところは、断面直交方向に作用する力に抵抗するＵ形部材とすることで、地震時にＵ形部材の構面内変形によるエネルギー吸収性能を安定して確保できる耐震壁構造を提供することにある。

第１発明に係る耐震壁構造は、耐震デバイスが構面内に設けられる耐震壁構造であって、横枠及び縦枠を組み合わせた枠体と、前記枠体の内部に設けられて耐震デバイスとなるＵ形部材と、前記Ｕ形部材が前記枠体の内部で支持される支持材とを備え、前記Ｕ形部材は、断面方向で略Ｕ形状に形成されて、湾曲部と、前記湾曲部の両端部から連続して延びる一対の中間部と、一対の前記中間部の端部から連続して延びる一対の固定部とを有して、断面直交方向に作用する力に抵抗するものとして、前記支持材に取り付けられることを特徴とする。

第２発明に係る耐震壁構造は、第１発明において、前記Ｕ形部材は、断面直交方向に作用する力に抵抗するものとして、断面直交方向に延びるように形成されて、前記Ｕ形部材の断面直交方向の幅寸法が、前記Ｕ形部材の断面方向の板厚寸法の３倍以上となることを特徴とする。

第３発明に係る耐震壁構造は、第１発明又は第２発明において、前記Ｕ形部材は、前記横枠及び前記縦枠で形成される前記枠体の面内方向と、略Ｕ形状に形成された断面方向とを略平行にするものとして、一対の前記固定部が互いに略同一の向きに延びた状態で、前記支持材に取り付けられることを特徴とする。

第４発明に係る耐震壁構造は、第１発明又は第２発明において、前記Ｕ形部材は、前記横枠及び前記縦枠で形成される前記枠体の面内方向と、略Ｕ形状に形成された断面方向とを略直交させるものとして、断面直交方向において一対の前記固定部が互いに異なる向きに傾斜した状態で、前記支持材に取り付けられることを特徴とする。

第５発明に係る耐震壁構造は、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、前記Ｕ形部材は、前記湾曲部の両端部から高さ方向に離間した位置で、前記固定部のみが前記支持材に固定されることを特徴とする。

第１発明〜第５発明によれば、断面直交方向に作用する力に抵抗するＵ形部材とすることで、Ｕ形部材の断面直交方向の変形が抑制されて、地震時に安定したエネルギー吸収性能を発揮させることが可能となる。

特に、第２発明によれば、Ｕ形部材の断面直交方向の幅寸法が、板厚寸法の３倍以上となることで、Ｕ形部材の断面直交方向の変形抵抗を確保して、特段の面外方向の補剛を必要とすることなく、地震時において耐震壁構造の構面に設けた耐震デバイスの構面内方向の変形によるエネルギー吸収性能を、安定して確保することが可能となる。

特に、第５発明によれば、中間部が支持材に固定されることなく、固定部のみが支持材に固定されて、Ｕ形部材の中間部が拘束を受けないものとすることで、Ｕ形部材の降伏後の過大な耐力上昇が抑制されて、Ｕ形部材の周囲の部材での損傷発生を回避することが可能となる。

本発明を適用した耐震壁構造を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造の第１実施形態を示す正面図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は、その地震時に水平力が作用した後の枠体を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造で補剛材が設けられた支持材を示す正面図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は、その地震時に水平力が作用した後の枠体を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造でＫ型ブレースの配置とした補剛材が設けられた支持材を示す正面図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は、その地震時に水平力が作用した後の枠体を示す正面図である。 本発明を適用した耐震壁構造でラーメン形式の躯体から構成される耐力壁とした枠体を示す正面図である。 （ａ）は、図２に示す本発明を適用した耐震壁構造のＡ−Ａ線拡大断面図であり、（ｂ）は、耐震壁構造の構面に対して面外方向に変形したＵ形部材を示す拡大断面図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造の第１実施形態のＵ形部材を示す断面の拡大図であり、（ｂ）は、その断面に直交する面の拡大図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造の支持材による拘束を受けないＵ形部材及び周囲との接合を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、そのＵ形部材の変形状態を示す拡大正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造で面取をほどこしたデバイス締結材を用いた場合のＵ形部材及び周囲との接合を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、そのＵ形部材の変形状態を示す拡大正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造の第２実施形態を示す正面図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造で断面略矩形状の鋼管が用いられた支持材を示す正面図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造の第２実施形態のＵ形部材を示す断面の拡大図であり、（ｂ）は、その断面に直交する面の拡大図である。 （ａ）は、図１０に示す本発明を適用した耐震壁構造で変形前のＵ形部材を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、耐震壁構造の構面内方向に変形したＵ形部材を示す拡大正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造の有限要素解析でＮｏ．１〜Ｎｏ．６、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０の解析モデルを示す断面の拡大図、（ｂ）は、その断面に直交する面の拡大図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造の有限要素解析でＮｏ．７の解析モデルを示す断面の拡大図、（ｂ）は、その断面に直交する面の拡大図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造の有限要素解析でＮｏ．８の解析モデルを示す断面の拡大図、（ｂ）は、その断面に直交する面の拡大図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐震壁構造におけるＵ形部材単体について、Ｎｏ．１の解析モデルの荷重Ｐ−変位δ関係を示すグラフである。（ｂ）は、Ｕ形部材単体の荷重Ｐ−変位δ関係を、耐震壁構造の水平力Ｆ−水平変位Δ関係に換算したグラフである。 本発明を適用した耐震壁構造でＮｏ．１〜Ｎｏ．６の解析モデルの剛性比とＵ形部材の寸法比との関係を示すグラフである。 本発明を適用した耐震壁構造でＮｏ．１〜Ｎｏ．６の解析モデルの耐力比とＵ形部材の寸法比との関係を示すグラフである。 本発明を適用した耐震壁構造におけるＵ形部材単体について、Ｎｏ．１及びＮｏ．７の解析モデルの荷重Ｐ−変位δ関係の比較を示すグラフである。 本発明を適用した耐震壁構造におけるＵ形部材単体について、Ｎｏ．１及びＮｏ．８の解析モデルの荷重Ｐ−変位δ関係の比較を示すグラフである。 本発明を適用した耐震壁構造におけるＵ形部材単体について、Ｎｏ．１及びＮｏ．９〜１１の解析モデルの荷重Ｐ−変位δ関係の比較を示すグラフである。 （ａ）は、図７（ａ）に示すものと同等のＵ形部材の断面の拡大図であり、（ｂ）〜（ｅ）は、Ｕ形部材の変形形態の断面の拡大図である。 （ａ）は、図７（ａ）に示すものと同等のＵ形部材の断面の拡大図であり、（ｂ）〜（ｅ）は、Ｕ形部材の変形形態の断面の拡大図である。

以下、本発明を適用した耐震壁構造１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用した耐震壁構造１は、図１に示すように、住宅、学校、事務所、病院施設等の小規模建築物の壁体に導入される。本発明を適用した耐震壁構造１は、特に、枠体８により形成される構面内に耐震デバイスが設けられて耐力壁等として用いられる。

本発明を適用した耐震壁構造１は、図２に示すように、一対の横枠８１及び一対の縦枠８２を略矩形状に組み合わせた枠体８と、枠体８の内部８０に設けられて耐震デバイスとなるＵ形部材２と、Ｕ形部材２が枠体８の内部８０で支持される支持材３とを備える。

本発明を適用した耐震壁構造１は、第１実施形態において、特に、一対の横枠８１及び一対の縦枠８２で形成される枠体８の面内方向αと、略Ｕ形状に形成されたＵ形部材２の断面方向（図７のＸ方向に対応）とを略平行にして、Ｕ形部材２の断面方向が耐震壁構造１の構面内に配置される。

枠体８は、横枠８１及び縦枠８２の各々に、断面略Ｃ形状の溝形鋼、リップ付溝形鋼等、又は、断面略矩形状の角鋼、角形鋼管等が用いられる。なお、枠体８は、無垢断面等の木材であってもよい。枠体８は、横方向に延びる一対の横枠８１が互いに略平行に離間して、また、縦方向に延びる一対の縦枠８２が互いに略平行に離間して配置されることで、枠体８の内部８０が構面内で略矩形状に形成される。ここで、枠体８の高さをＨ、枠体８の幅をＤで表す（横枠８１及び縦枠８２の中心線を基準）。

枠体８は、地震時に横方向の水平力Ｆが作用する前の状態で、横枠８１及び縦枠８２が互いに略直交するように配置されて、図２（ａ）に示すように、一対の縦枠８２を縦方向に略直立させた状態となる。また、枠体８は、図２（ｃ）に示すように、地震時に横方向の水平力Ｆが作用した後の状態で、一対の縦枠８２を横方向に傾倒させた状態となる。このとき、Ｕ形部材２には縦方向のせん断力として荷重Ｐが作用し、変形δが生じることで、Ｕ形部材２は弾塑性変形して地震に対するエネルギー吸収性能を発揮する。

支持材３は、例えば、鋼板等のパネルが用いられる。ここで、支持材３は、一対の縦枠８２の各々からＵ形部材２まで連続して設けられて、枠体８の内部８０の縦方向の２箇所程度で、横方向の略中央となる位置に一対のＵ形部材２を配置して支持するものとなる。なお、Ｕ形部材２を配置する位置は、枠体８の内部８０の縦方向の１箇所、又は、２以上の複数箇所であってもよい。また、図２では、１箇所あたりのＵ形部材２の設置数は２としているが、単数や２以上の複数であってもよい。

支持材３は、鋼板等のパネルの一方の側端部に、略平板状に形成されたデバイス締結材３０が設けられて、また、パネルの他方の側端部に、略平板状に形成された枠締結材３１が設けられる。支持材３は、ドリルねじ、ボルト、ビス、鋲、リベット、接着、スポット溶接又は連続溶接等を用いた接合方法で、デバイス締結材３０が一対のＵ形部材２に架設するように接合（Ｊ１）されて、また、枠締結材３１が縦枠８２に沿って接合（Ｊ２）される。ここで、枠体８の縦枠８２の中心線に対する支持材３の突出幅をＳで表す。

支持材３は、枠締結材３１が縦枠８２に接合されることで、一対の縦枠８２にＵ形部材２を接続させるものとなる。支持材３は、これに限らず、枠締結材３１が横枠８１に接合されることで、一対の横枠８１にＵ形部材２を接続させるものでもよい。また、支持材３は、図３〜図５に示すように、鋼板等の板状片が用いられてもよい。さらに、支持材３をデバイス締結材３０のみで構成し、デバイス締結材３０を介してＵ形部材２と枠体８とを接合させることもできる。

支持材３は、図３に示すように、鋼板等の板状片が用いられる場合に、一対のＵ形部材２に接合されるデバイス締結材３０が設けられて、また、縦枠８２から板状片まで延びる山形鋼、溝形鋼、Ｈ形鋼又は鋼管等の補剛材３２が設けられる。支持材３は、縦枠８２から板状片まで傾斜してブレース状に補剛材３２が設けられるが、これに限らず、略水平方向に延びる補剛材３２が設けられて、必要に応じて、ブレース状の補剛材３２と組み合わされてもよい。また、Ｕ形部材２は、図４に示すように、Ｋ型ブレースの配置とした補剛材３２と縦枠８２に接続するように設けることもできる。

支持材３は、図５に示すように、枠体８をラーメン形式の躯体から構成されるフレーム構造としたうえで、Ｕ形部材２に接合されるデバイス締結材３０が設けられて、また、横枠８１から板状片まで延びる山形鋼、溝形鋼、Ｈ形鋼又は鋼管等の補剛材３２が設けられてもよい。支持材３は、横枠８１から延びる補剛材３２が設けられる場合に、例えば、略鉛直方向に延びる補剛材３２と、横枠８１から傾斜して延びる補剛材３２とを組み合わせることもできる。

支持材３は、図２（ｃ）に示すように、枠体８に横方向の水平力Ｆが作用して、例えば、一対の縦枠８２を右方向に傾倒させた状態となることで、Ｕ形部材２の左側及び右側の支持材３が縦方向に相対移動する。このとき、支持材３は、横枠８１及び縦枠８２で形成される面内方向αで、左側の支持材３が下方に移動するとともに、右側の支持材３が上方に移動して、Ｕ形部材２を断面方向に変形させるものとなる。

枠体８に横方向の水平力Ｆが作用することで、左側及び右側の支持材３が面内方向αに相対移動するとともに、図６に示すように、面内方向αと直交する面外方向βにおいても、左側及び右側の支持材３が相対移動しようとする。左側及び右側の支持材３が面外方向βに相対移動することで、Ｕ形部材２に断面直交方向の力Ｇが作用する。

支持材３は、枠体８に横方向の水平力Ｆが作用する前の状態で、図６（ａ）に示すように、左側及び右側の支持材３が面外方向βで略同一の位置に配置される。また、支持材３は、図６（ｂ）に示すように、枠体８に横方向の水平力Ｆが作用した後の状態で、左側の支持材３が面外方向βで正面側に移動するとともに、右側の支持材３が面外方向βで背面側に移動して、Ｕ形部材２を断面直交方向に変形させるものとなる。ここで、左右の支持材３の正面側及び背面側への移動の向きは、それぞれ逆の向きとなる場合もある。

Ｕ形部材２は、図７（ａ）に示すように、断面方向で略Ｕ形状に形成される。Ｕ形部材２は、略湾曲状に延びる湾曲部２１と、湾曲部２１の両端部２１ａから連続して略直線状に延びる一対の中間部２２とを有して、さらに、一対の中間部２２の端部２２ａから連続して略直線状に延びる一対の固定部２３を有する。

Ｕ形部材２は、例えば、湾曲部２１が所定の外法半径Ｒで略半円弧状に形成されることで、奥行方向Ｘに所定の奥行寸法２Ｒとなる。ここで、外法半径Ｒは、板厚寸法ｔの２．０倍以上（Ｒ≧２．０×ｔ）とすることで、Ｕ形部材２に発生するひずみを抑制し、繰返し作用する地震力に対して、耐震デバイスの性能（変形性能や繰返し力に対する疲労特性等）を安定して確保することができる。Ｕ形部材２は、高さ方向Ｚで中間部２２が所定の高さ寸法Ｌｓとなり、固定部２３が所定の高さ寸法Ｌｆとなるとともに、断面方向で所定の板厚寸法ｔとなるように形成される。

Ｕ形部材２は、略Ｕ形状に形成された断面方向と直交する断面直交方向に延びるように形成されて、図７に示すように、一対の固定部２３が中間部２２から連続して互いに略同一の向きに延びた状態となる。Ｕ形部材２は、断面直交方向となる幅方向Ｙで所定の幅寸法Ｗとなって、断面直交方向の幅寸法Ｗが、断面方向の板厚寸法ｔの３倍以上となる。なお、Ｕ形部材２は、断面直交方向の幅寸法Ｗを、断面方向の板厚寸法ｔの３倍以上、４０倍以下、又は、５倍以上、３０倍以下とすることもできる。

Ｕ形部材２は、図８に示すように、支持材３のデバイス締結材３０が接合されることで、支持材３に取り付けられるものとなる。Ｕ形部材２は、湾曲部２１の両端部２１ａから高さ方向Ｚに離間した位置で、中間部２２がデバイス締結材３０に接合されることなく、固定部２３のみがデバイス締結材３０に接合されて支持材３に固定される。ここで、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、ボルトＪ１ａ及びナットＪ１ｂを用いてＵ形部材２をデバイス締結材３０に接合（Ｊ１）した例である。また、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、ボルトＪ１ａ及びデバイス接合材４０を用いてＵ形部材２をデバイス締結材３０に接合（Ｊ１）した例である。

Ｕ形部材２は、図８（ａ）に示すように、固定部２３が支持材３のデバイス締結材３０に当接されて拘束を受けるものとなるが、中間部２２が支持材３のデバイス締結材３０に当接されず拘束を受けないものとなる。このとき、Ｕ形部材２は、図８（ｂ）に示すように、Ｕ形部材２が断面方向に変形するときに、支持材３による拘束を受けない中間部２２及び湾曲部２１が、支持材３による拘束を受ける固定部２３よりも外側にはらみ出すように変形する。ここで、図８（ｂ）では、Ｕ形部材２が断面方向に大きく変形した場合に、Ｕ形部材２がデバイス締結材３０の角３０ｅに接触する位置において、Ｕ形部材２のひずみが局所的に進展する傾向にある。これに対し、図９（ｂ）では、Ｕ形部材２が接触する可能性があるデバイス締結材３０の角の位置に面取３０ｒを設け、さらにナットＪ１ｂの代わりとしたデバイス接合材４０の角の位置に面取４０ｒを設けることで、デバイス締結材３０やデバイス接合材４０の角に接触する位置においてＵ形部材２のひずみが局所的に進展することを抑えることができ、低サイクル疲労に対する性能を一段と向上することができる。

本発明を適用した耐震壁構造１は、図２（ｃ）、図３（ｃ）に示すように、Ｕ形部材２を断面方向に変形させることで、地震時のエネルギー吸収を実現する。本発明を適用した耐震壁構造１は、図７に示すように、Ｕ形部材２の断面直交方向の幅寸法Ｗを、断面方向の板厚寸法ｔとの関係で十分に確保することで、図６に示すように、断面直交方向に作用する力Ｇに抵抗するものとして、Ｕ形部材２が支持材３に取り付けられるものとなる。

本発明を適用した耐震壁構造１は、支持材３を介して枠体８にＵ形部材２が接続されることで、Ｕ形部材２の断面方向の変形が増幅されて、地震時のエネルギー吸収効率を向上させる効果がある。本発明を適用した耐震壁構造１は、図３〜図５に示すように、枠体８から延びる補剛材３２が設けられることで、Ｕ形部材２が枠体８に剛性の高い溝形鋼又は鋼管等で接続されて、支持材３及び補剛材３２を合理的に設計するとともに、枠体８の内部８０における開口をより大きく確保することができる。

次に、本発明を適用した耐震壁構造１の第２実施形態について説明する。上述した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して以下での説明を省略する。

本発明を適用した耐震壁構造１は、第２実施形態において、特に、一対の横枠８１及び一対の縦枠８２で形成される枠体８の面内方向αと、略Ｕ形状に形成されたＵ形部材２の断面方向（図１２のＸ方向に対応）とを略直交させて、Ｕ形部材２の断面直交方向が構面内に配置される。

支持材３は、図１０に示すように、例えば、鋼板等のパネルが用いられて、縦枠８２からＵ形部材２まで連続して設けられる。支持材３は、図１０（ａ）に示すように、Ｕ形部材２の断面直交方向と略平行に支持材３のデバイス締結材３０が設けられることで、Ｕ形部材２に支持材３のデバイス締結材３０をより簡易に接合することができる。

支持材３は、図１０（ｂ）に示すように、特に、鋼板等のパネルの表裏両面で一対のＵ形部材２の各々が取り付けられる。このとき、支持材３には、Ｕ形部材２との接合箇所が面外方向βに偏心して配置されるものの、一対のＵ形部材２の接合箇所がパネルの表裏両面に配置されることで、接合箇所とパネルの偏心によりパネルに負荷されるねじりモーメントを打ち消す効果が得られる。なお、支持材３に十分な剛性がある場合は、支持材３を構成する鋼板等のパネルの表又は裏の何れか同一面に一対のＵ形部材２を取り付けることもできる。

支持材３は、図１１に示すように、例えば、断面略矩形状等の鋼管等が用いられて、縦枠８２からＵ形部材２まで連続して設けられてもよい。このとき、支持材３は、ねじり剛性に優れた閉鎖断面を有する鋼管等が用いられることで、Ｕ形部材２との接合箇所の面外方向βの偏心により負荷されるねじりモーメントに起因した変形を効率的に抑制する効果が得られる。

Ｕ形部材２は、図１２（ａ）に示すように、断面方向で略Ｕ形状に形成されて、図１２（ｂ）に示すように、略Ｕ形状に形成された断面方向と直交する断面直交方向（図１２のＹ方向に対応）において一対の固定部２３が中間部２２から連続して互いに異なる向きに傾斜した状態となる。Ｕ形部材２は、断面直交方向となる幅方向Ｙで所定の幅寸法Ｗとなって、断面直交方向の幅寸法Ｗが、断面方向の板厚寸法ｔの３倍以上となる。なお、Ｕ形部材２は、断面直交方向の幅寸法Ｗを、断面方向の板厚寸法ｔの３倍以上、４０倍以下、又は、５倍以上、３０倍以下とすることもできる。

Ｕ形部材２は、断面直交方向において一対の固定部２３が互いに異なる向きに傾斜した状態となることで、各々の固定部２３が幅方向Ｙに所定の傾斜角度φで傾斜する。Ｕ形部材２は、例えば、固定部２３の傾斜角度φを１５°〜７５°程度とする。なお、Ｕ形部材２は、固定部２３の傾斜角度φを０°としたときに、図７（ｂ）に示すように、断面直交方向で一対の固定部２３が互いに略同一の向きに延びた状態となる。

図１０、図１１に示すＵ形部材２は、Ｕ形部材２の左側及び右側の支持材３が面内方向αに相対移動することで、左側の支持材３が下方に移動するとともに、右側の支持材３が上方に移動して、図１３に示すように、面内方向αで断面方向に変形する。このとき、Ｕ形部材２には、断面直交方向の力Ｇも作用する。

本発明を適用した図１０、図１１に示す耐震壁構造１は、Ｕ形部材２を断面方向に変形させることで、地震時のエネルギー吸収を実現する。本発明を適用した耐震壁構造１は、Ｕ形部材２が支持材３に取り付けられて、図１２に示すように、Ｕ形部材２の断面直交方向の幅寸法Ｗを、断面方向の板厚寸法ｔとの関係で十分に確保して、図１３に示すように、断面直交方向に作用する力Ｇにも抵抗することで、地震時において耐震壁構造１の構面に設けた耐震デバイスの構面内方向の変形によるエネルギー吸収性能を、安定して確保することが可能となる。

本発明を適用した耐震壁構造１は、第１実施形態及び第２実施形態の何れにおいても、Ｕ形部材２が断面直交方向に作用する力Ｇに抵抗するものとなる。ここでは、本発明を適用した耐震壁構造１の効果を検証するために、表１に示す形状、境界条件及び荷重条件としたＮｏ．１〜Ｎｏ．１１の解析モデルを設定して、有限要素解析を実施した。なお、Ｕ形部材２の素材特性としては、降伏応力σｙが２００ＭＰａの特性を有する鋼材の応力ひずみ関係を用いている。

Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６は、図１４に示すように、Ｕ形部材２の幅寸法Ｗを、板厚寸法ｔの２．０倍〜１０．０倍の範囲で変化させて、Ｕ形部材２に作用する力となる荷重Ｐの作用方向θを０°〜９０°に変化させることで、断面直交方向に作用する力Ｇの影響と、幅寸法Ｗと板厚寸法ｔとの寸法比（Ｗ／ｔ）の関係を確認するための解析モデルである。

Ｎｏ．７は、図１５に示すように、Ｕ形部材２の中間部２２が変形拘束（Ｋ）を受ける場合（変形拘束あり）と、Ｕ形部材２の中間部２２が図８に示す変形拘束を受けない場合（変形拘束なし）とを比較して、変形拘束の有無の影響を確認するための解析モデルである。また、Ｎｏ．８は、図１６に示すように、固定部２３の傾斜角度φを４５°として、固定部２３の傾斜角度φの影響を確認するための解析モデルである。さらに、Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１１は、図１４に示すＵ形部材２の幅寸法Ｗを、板厚寸法ｔの２０．０倍、３０．０倍、４０．０倍に変化させた解析モデルである。なお、図１４〜図１６の解析モデルでは、支持点を不動点とするとともに、載荷点に荷重Ｐを負荷してその変形δを抽出した。

本発明を適用した耐震壁構造１は、Ｎｏ．１の有限要素解析の結果を代表図として示すと、図１７（ａ）に示すように、Ｕ形部材２が安定した荷重Ｐ−変位δ関係を描くことが分かる。ここで、本発明を適用した耐震壁構造１は、Ｐ−δ関係で囲まれた領域が広く、地震時に優れたエネルギー吸収性能を発揮することが分かる。なお、図示は省略するが、Ｕ形部材２は繰返し荷重に対して、紡錘形のＰ−δ関係を描き、安定した繰返し履歴性能を発揮するため、耐震壁構造１は繰返して作用する地震力に対して優れたエネルギー吸収性能を発揮することができる。

図１７（ａ）のＵ形部材２単体の荷重Ｐ−変位δ関係を、図２及び図３に示す耐震壁構造１の各部の寸法（枠体８の高さＨ、枠体８の幅Ｄ、支持材３の突出幅Ｓ）に基づき定まる換算式（Ｆ＝ｎ×Ｐ×Ｄ／Ｈ、Δ＝δ×Ｈ／２Ｓ、ここでｎはＵ形部材２の数量）を用いて、水平力Ｆ−水平変位Δ関係に換算（ここで、Ｈ＝２７３０ｍｍ、Ｄ＝９１０ｍｍ、Ｓ＝４４０ｍｍ、２Ｒ＝３０ｍｍ、ｎ＝４又は６）したグラフを、図１７（ｂ）に示す。ここで、耐震壁構造１の水平変位ΔとＵ形部材２の変形δの関係式においては、支持材３によるＵ形部材２の変形の増幅が考慮されている。

図１７（ｂ）において、曲線Ｕ４は耐震デバイスとなるＵ形部材２を４個用いた場合（図２及び図３に対応）、曲線Ｕ６は耐震デバイスとなるＵ形部材２を６個用いた場合（図示は省略）の水平力Ｆ−水平変位Δ関係である。図１７（ｂ）は、枠体８の抵抗は無視して、図１７（ａ）に示すＵ形部材２の性能に基づき図示したものであるが、Ｆ−Δ関係で囲まれた領域が広く、耐震壁構造１として、地震時に優れたエネルギー吸収性能を発揮することが分かる。また、Ｕ形部材２の数量を変更（ここでは４個から６個に変更）することで、耐震壁構造１の性能が制御できることが分かる。ここでは、枠体８の抵抗は無視しているが、耐震壁構造１の性能に枠体８の抵抗を累加することで、より高剛性の耐震壁構造１とすることもできる。

また、本発明を適用した耐震壁構造１は、図１８に示すように、荷重Ｐの作用方向θ＝０°に対するθ＝９０°のときのＵ形部材２の剛性（載荷初期のＰ／δの値）の剛性比を縦軸、Ｕ形部材２の寸法比Ｗ／ｔを横軸に表して、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の有限要素解析の結果を比較すると、Ｗ／ｔが３．０未満の領域では、剛性比が著しく低くなるのに対して、Ｗ／ｔが３．０以上の領域では、剛性比が高くなることが分かる。

さらに、本発明を適用した耐震壁構造１は、図１９に示すように、荷重Ｐの作用方向θ＝０°に対するθ＝１０°、２０°、３０°のときのＵ形部材２の耐力比（δ＝１５ｍｍ）を縦軸、Ｕ形部材２の寸法比Ｗ／ｔを横軸に表すと、Ｗ／ｔが３．０未満の領域では、荷重Ｐの作用方向θが１０°〜３０°と大きくなるにしたがって、Ｕ形部材２の耐力低下が顕著になるのに対して、Ｗ／ｔが３．０以上の領域では、Ｕ形部材２の耐力低下が僅かとなることが分かる。

さらに望ましくは、Ｗ／ｔを５．０以上の領域とすることで、図１８における剛性比をより高く、図１９における耐力比についても耐力低下をより一層抑えることができる。

このように、本発明を適用した耐震壁構造１は、断面直交方向に作用する力Ｇに抵抗するＵ形部材２とすることで、Ｕ形部材２の断面直交方向の変形が抑制されて、安定したエネルギー吸収性能を発揮させることが可能となる。特に、本発明を適用した耐震壁構造１は、Ｕ形部材２の寸法比Ｗ／ｔを３．０以上とした場合に、Ｕ形部材２の断面直交方向の幅寸法Ｗが板厚寸法ｔの３倍以上となることで、Ｕ形部材２の断面直交方向の変形抵抗を確保して、特段の面外方向βの補剛を必要とすることなく、地震時の面内方向αの変形によるエネルギー吸収性能を安定して確保することが可能となる。

また、有限要素解析の結果では、図１５に示すように、変形拘束の影響を確認した場合に、Ｕ形部材２の中間部２２が拘束を受けることで、中間部２２のはらみ出すような変形が抑制されて、図２０に示すように、Ｕ形部材２が降伏後に耐力上昇する傾向がみられる。そして、Ｕ形部材２の耐力上昇が想定以上に過大となった場合には、Ｕ形部材２の周囲の部材での損傷発生が懸念されるものとなる。

このとき、本発明を適用した耐震壁構造１は、図８に示すように、特に、中間部２２が支持材３に固定されることなく、固定部２３のみが支持材３に固定されて、Ｕ形部材２の中間部２２が拘束を受けないものとすることで、Ｕ形部材２の降伏後の過大な耐力上昇が抑制されて、Ｕ形部材２の周囲の部材での損傷発生を回避することが可能となる。

また、有限要素解析の結果では、図１６に示すように、固定部２３の傾斜角度φを０°より大きくして、Ｕ形部材２の一対の固定部２３を互いに異なる向きに傾斜した状態としても、Ｕ形部材２の断面直交方向の幅寸法Ｗを、断面方向の板厚寸法ｔとの関係で十分に確保することで、図２１に示すように、Ｕ形部材２に作用する荷重Ｐに対して、Ｕ形部材２の安定したエネルギー吸収性能を確保することが可能となる。

また、Ｕ形部材２の幅寸法Ｗを、板厚寸法ｔの１０．０倍、２０．０倍、３０．０倍、４０．０倍に変化させた解析結果を示す図２２のように、幅寸法Ｗに応じてＵ形部材２の耐力を増減させることができる。なお、板厚寸法ｔに対する幅寸法Ｗが大きくなりすぎると、せん断遅れや板要素の座屈の影響によりデバイスの性能が低下する可能性があるため、Ｕ形部材２は、断面直交方向の幅寸法Ｗを、断面方向の板厚寸法ｔの４０倍以下とすることがよく、さらには３０倍以下とすることが望ましい。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。

例えば、本発明を適用した耐震壁構造１は、Ｕ形部材２の湾曲部２１が上下方向に配置されることで、Ｕ形部材２が縦向きに設けられるが、これに限らず、Ｕ形部材２の湾曲部２１が左右方向に配置されることで、Ｕ形部材２が横向きに設けられてもよい。

Ｕ形部材２の寸法（幅寸法Ｗ、板厚寸法ｔ、湾曲部２１の外法半径Ｒ、中間部２２の高さ寸法Ｌｓ、固定部２３の高さ寸法Ｌｆ等）についても、任意に設定することができることは言うまでもない。

また、Ｕ形部材２の断面形状は、略湾曲状の湾曲部２１、略直線状に延びる中間部２２、略直線状に延びる固定部２３に限ったものではない。Ｕ形部材２の湾曲部２１は、図２３（ａ）に示す略半円弧状に限らず、図２３（ｂ）〜図２３（ｅ）に示すような略半多角形状（八角形、六角形、四角形、ひし形 など）であってもよく、略半多角形状の折れ曲り部ＢにはＵ形部材２の成形性（プレス加工、切断加工など）を考慮して任意の曲げ半径を有した折れ曲り部ＢＲを設けてもよい。略半円弧状から略半多角形状にすることにより、Ｕ形部材２の剛性と耐力の大きさを制御することができ、また、折れ曲り部を、任意の曲げ半径を有した折れ曲り部とすることにより、Ｕ形部材２が断面方向に変形した際のＵ形部材２に生じるひずみの大きさを制御することができる。

さらに、Ｕ形部材２の断面形状は、図２４（ａ）に示す略半円弧状とした略湾曲状の湾曲部２１、略直線状に延びる中間部２２の形状に限らず、図２４（ｂ）〜図２４（ｅ）に示すような変形形態とすることもできる。図２４（ｂ）は略半楕円状に湾曲した湾曲部２１の断面形状、図２４（ｃ）は断面方向において一対の中間部２２よりも外側に突出した湾曲部２１の断面形状、図２４（ｄ）は断面方向において一対の中間部２２よりも外側に突出した湾曲部２１の湾曲形状が中間部２２まで連続した断面形状、図２４（ｅ）は断面方向において一対の中間部２２よりも外側に突出した湾曲部２１の湾曲形状が中間部２２まで連続しながら中間部２２において反曲する断面形状であり、これらの断面形状のようにＵ形部材２は様々な断面形状の略Ｕ形状として形成することができる。湾曲形状を円弧状から楕円状する、湾曲形状の曲げ半径を変化させる、また、一対の中間部２２の外側の寸法と湾曲部２１の外径寸法の大小関係を変えることで、Ｕ形部材２の剛性や耐力、Ｕ形部材２が断面方向に変形した際のＵ形部材２に生じるひずみの大きさを制御することができる。

また、Ｕ形部材２を構成する素材の特性（降伏応力σｙ、ヤング係数、伸び等）も任意に設定することができ、素材の種類についても鋼材に限らずアルミニウムや鉛、これらを含む合金等を適用することができる。

１ ：耐震壁構造
２ ：Ｕ形部材
２１ ：湾曲部
２１ａ ：両端部
２２ ：中間部
２２ａ ：端部
２３ ：固定部
３ ：支持材
３０ ：デバイス締結材
３０ｅ ：デバイス締結材の角
３０ｒ ：デバイス締結材の面取
４０ ：デバイス接合材
４０ｒ ：デバイス接合材の面取
Ｊ１ ：（デバイス締結材とＵ形部材の）接合
Ｊ１ａ ：ボルト
Ｊ１ｂ ：ナット
Ｊ２ ：（枠締結材と枠材の）接合
３１ ：枠締結材
３２ ：補剛材
８ ：枠体
８０ ：内部
８１ ：横枠
８２ ：縦枠
α ：面内方向
β ：面外方向
Ｘ ：奥行方向
Ｙ ：幅方向
Ｚ ：高さ方向
Ｆ ：水平力
Δ ：水平変位
Ｐ ：（Ｕ形部材の）荷重
δ ：（Ｕ形部材の）変形（変位）
Ｇ ：断面直交方向に作用する力
Ｋ ：変形拘束
Ｂ ：折れ曲り部
ＢＲ ：（任意の曲げ半径を有した）折れ曲り部

Claims (5)

1. 耐震デバイスが構面内に設けられる耐震壁構造であって、
   横枠及び縦枠を組み合わせた枠体と、前記枠体の内部に設けられて耐震デバイスとなるＵ形部材と、前記Ｕ形部材が前記枠体の内部で支持される支持材とを備え、
   前記Ｕ形部材は、断面方向で略Ｕ形状に形成されて、湾曲部と、前記湾曲部の両端部から連続して延びる一対の中間部と、一対の前記中間部の端部から連続して延びる一対の固定部とを有して、断面直交方向に作用する力に抵抗するものとして、前記支持材に取り付けられること
   を特徴とする耐震壁構造。
2. 前記Ｕ形部材は、断面直交方向に作用する力に抵抗するものとして、断面直交方向に延びるように形成されて、前記Ｕ形部材の断面直交方向の幅寸法が、前記Ｕ形部材の断面方向の板厚寸法の３倍以上となること
   を特徴とする請求項１記載の耐震壁構造。
3. 前記Ｕ形部材は、前記横枠及び前記縦枠で形成される前記枠体の面内方向と、略Ｕ形状に形成された断面方向とを略平行にするものとして、一対の前記固定部が互いに略同一の向きに延びた状態で、前記支持材に取り付けられること
   を特徴とする請求項１又は２記載の耐震壁構造。
4. 前記Ｕ形部材は、前記横枠及び前記縦枠で形成される前記枠体の面内方向と、略Ｕ形状に形成された断面方向とを略直交させるものとして、断面直交方向において一対の前記固定部が互いに異なる向きに傾斜した状態で、前記支持材に取り付けられること
   を特徴とする請求項１又は２記載の耐震壁構造。
5. 前記Ｕ形部材は、前記湾曲部の両端部から高さ方向に離間した位置で、前記固定部のみが前記支持材に固定されること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の耐震壁構造。

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